第七节 光的颜色 色散

第七节 光的颜色 色散

【学习目标】

1、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；了解光的色散及物体的颜色等生活常识。 2、知道白光的色散现象，知道白光是复色光

3、知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用。 【自主预习】

巩固练习

1．光的颜色色散

(1)光的颜色与波长关系

用不同的色光做双缝干涉实验，得到的干涉图样中条纹间距 ，用黄光做这个实验，条纹间距比用红光时 ，用蓝光时 ，由 ，可知条纹之间的距离与光波的波长成正比，不同颜色的光 不同． (2)光的色散与光谱 ‘

①光的色散：白光的双缝干涉条纹是彩色的，可见白光是由 组成的，发生干涉时由于不同颜色的光的干涉条纹间距不同，白光被分解了，像这样含有多种颜色的光被 为单色光的现象，叫做光的色散．

②光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其 的有序排列，就是光谱． ③两种感光细胞：人眼的视网膜上有两种感光细胞， 叫做视杆细胞，另一种叫做视锥细胞，人眼依靠 细胞分辨颜色． 2．薄膜干涉中的色散

(1)薄膜干涉中相干光的获得

在用黄光做薄膜干涉的实验中，灯焰的像是液膜前后两个面 的光形成的，这两列光波也是由同一个实际的光源分解而成的，所以它们具有相同的 、恒定的 ，它们是 光源． (2)薄膜干涉的原理

竖直放置的肥皂液膜由于受重力作用，下面厚、上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光，所走的 不同．在某些位置，这两列波叠加后相互加强，于是出现 ；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了

(3)肥皂泡的厚度并不均匀，当太阳光经肥皂泡的 反射后，在不同的位置相互加强，所以看起来肥皂泡是 的．

3．衍射时的色散

用白光做光的衍射实验时，得到的条纹是 的。这是因为白光中包含了各种颜色的光，衍射时不同色光的 的位置不同，于是各种色光就区分开了。这个现象是光在衍射时的色散。

4．折射时的色散

白光进入棱镜而被折射后，在屏上的光斑是 的，说明光在折射中发生了色散．由图13—7—1看出，不同色光通过棱镜后的程度不同，这又说明同种物质对波长不同

的光的 不一样，波长越小 越大．由n=c/v可得出结论：在同_种物质中，不同波长的光波的 不一样，波长越短， 越小．

【知识要点】 1．光的颜色

(1)白光的双缝干涉

①现象：中央是白条纹，两边是对称分布的彩色条纹． ②结论：白光是多种单色光组成的复色光． (2)光的颜色

在双缝干涉的实验中，不同色光发生干涉，条纹之间的距离不同，条纹之间的距离与光波的波长成正比，由此我们能够断定：不同颜色的光，波长不同． 2．对色散的理解

(1)光的色散问题常常是与折射现象相关联的，关键物理量是n=c/v，可以看出同种介质对不同色光的折射率不同，传播速度也不相同，所以光速是由色光频率与介质两方面决定的，这与机械波是不同的．

(2)同一介质对紫光折射率大，对红光折射率小，着重理解两点：其一，光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关；其二，同一介质中，频率越大的光折射率越大．再应用

n=c/v等等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、入射线与折射线偏折程度等问题． 3．薄膜干涉中的色散分析 (1)薄膜干涉

如图l3—7—2所示，在酒精灯的黄光照射下，液膜反射的光使我们看到酒精灯火焰的像，像上有明暗相间的干涉条纹．产生的原因照射到薄膜上的光线从前后两个薄膜表面反 射回来，形成两列波．由于这两列波是由同一入射波产生的，因此频率相同，且在同一点反射回来的两列波有恒定的相位差满足干涉条件。

如图l3—7—3所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用呈下面厚、上面薄的楔形，因此在薄膜的不同地方，若两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一地方，

叠加后互相减弱，则出现暗条纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹． (2)薄膜干涉在技术上的应用

①等倾法检查平面平整度

被检平面凹下或凸起的形象判断法 即使理解了上面的原理，许多同学在判断时也时常犯错误，下面给出一种形象的判断方法——矮人行走法，即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间直立行走，脚踏被检板，头顶样板，在行走过程中，若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下．相反，若某处有一凸起，他要想过 去，必向薄膜底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部方向时，该处必为一凸起． ②照相机，望远镜等光学仪器表面的增透镆．

(1)因为薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个面反射的光在光源这一侧发生干涉形成的，所以人应与光源在同一侧才能看到干涉条纹．(2)每一条纹呈水平分布，各条纹按竖直方位排列．(3)薄膜干涉中，不同色光干涉的条纹间距不同，用白光做这个实验，得到的将是彩色条纹．

4．折射时的色散

(1)棱镜对光线传播方向的改变．

棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律．由于光线在棱镜中传播时要经过两次折射，所以光路图较为复杂，!

图13 7—4 图13—47—5

②棱镜成像的画法，如图13—7—5所示． ③偏折角的确定及影响它的大小的因素．

光线照射到棱镜，经两个侧面折射后，出射光线向棱镜的底边偏折，在保持入射角i和棱镜顶角A不变的条件下，棱镜材料的折射率越大，偏折角臼越大，如图l3—7—6所示． (2)折射时的色散 ①折射时的色散现象

一束白光经过棱镜折射后发生色散，在光屏上形成一条彩色光带，如图13—7—6所示，白光通过棱镜后发生色散形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光带，即折射中的色散光谱， 光谱中红光在最上端，紫光在最下端，这表明各种色光通过棱镜后的偏折程度不同：红光偏折程度最小，偏折角最小；紫光的偏折程度最大，偏折角最大． ②光的色散现象表明的问题

以．同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大． 6．由n=c/v可知，各种色光在同一介质中的光速不同．红光速度最大，紫光最小． c．同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变，波长亦随之改变． 【典型例题】 考点：薄膜干涉

例1关于薄膜干涉，下列说法中正确的是 ( ) A.只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象

B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象 C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹

D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜 的同一侧 解析 当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满

足振动加强的条件，就会出 现亮条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹．这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出 现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足 振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的 前方都是暗的．如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而 减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强，减弱的光透过薄膜， 加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光 的颜色，但不形成干涉条纹． 答案D 【变式训练】

一束白光从左侧射人肥皂薄膜，下列说法正确的是 ( ) A人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 B-人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 C．彩色条纹沿水平方向排列 D.彩色条纹沿竖直方向排列

例2一个三棱镜顶角为0，一束白光以较大的入射角射入并通过三棱镜后，在光屏上得到彩色光带，如图所示，在入射角逐渐减小的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 ( )

A红光最先消失，紫光最后消失 B紫光最先消失，红光最后消失 C．紫光最先消失，黄光最后消失

D．红光最先消失，黄光最后消失

解析(1)在入射角逐渐减小的过程中，屏上的彩色光带为什么先后消失?当入射角逐渐减小时，光线到达棱镜的另一侧面的入射角随之增大，增大到某一单色光的临界角时，该色光发生全反射，光屏上的该色光也就消失了．

(2)各种色光对同一介质的折射率不同，紫色光的折射率最大，临界角最小；红色光则相反，折射率最小，临界角最大．

由上述分析可知，在白光束的入射角逐渐减小的过程中，光束到达棱镜的另一侧面时，紫光首先发生全反射而红光最后发生全反射．选项B正确． 答案B

对棱镜的折射和色散问题的分析，关键是抓住同一种介质中各种色光的折射率不同，另外还要熟记色散的光路图，记住各种色光的排列顺序； 变式题2

如图l3—7—9所示，在 水中有一厚度不计的薄玻璃片制成 的中空三棱镜，里面是空气，一束光 A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )

A从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光 B从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光

C．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出 的是紫光 D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光 变式题3

如图所示， 一个三棱镜的折射率n=2，其截面为直角三棱镜，么∠A＝30,∠C= 90．一

0

0

条单色光从空气垂直AB边入射，该光线的出射光线有几条? 双基复习巩固

1．红光与紫光相比 ( )

A．在真空中传播时，紫光的速度比较大 B在玻璃中传播时，红光的速度比较大 C．玻璃对红光的折射率比紫光大

D.从玻璃射到空气的界面上，红光的临界角比紫光大 2．用薄玻璃片制成一个中间空的三棱镜放入水中，当一束白 光从一个侧面斜射入并从三棱镜通过时，下面说法正确的 是 ( ) A.各色光都向底面偏折 B．各色光都向顶角偏折 C．红色光的偏折角比紫光大 D．红色光的偏折角比紫光小

3．如图所示，竖直的肥皂液膜的横截面，右侧受到 一束平行白光的照射，关于肥皂液膜产生干涉条纹的说法 正确的是 ( )

A．在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液膜左右两个表面反射的两列光波叠加产生的

B．观察到的干涉条纹可能是水平的，也可能是竖直的 C在左侧也能观察到类似的条纹

D．观察到的条纹可能是黑白的，也可能是彩色的

4．光学镜头涂一层薄膜叫增透膜，以下说法不正确的是( )

A．增透膜的作用是为了减少光的反射损失，增强透射光 的强度 B增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的l／4 C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1／4

D．因为增透膜的作用能使黄绿光反射时相互抵消，而红 光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的透镜 呈淡紫色

5．在水底同一深处并排放置五种颜色的小球，如从水面上方 垂直俯视五只有色小球，感觉最浅的球是 ( ) A紫色球 B蓝色球 C．黄色球 D．红色球

E．五个球同样深浅

6．对棱镜色散的下列说法中，正确的是 ( ) A．棱镜对各色光的折射率不同 B红光比蓝光先通过棱镜 C．黄光比绿光偏折角度小

D．棱镜中，速度大的单色光偏折角也大 -

7．在下列现象中，不属于光的干涉现象的有 ( ) A雨后马路上油膜呈彩色

B．肥皂泡在阳光下呈现出彩色 C．阳光通过三棱镜形成彩色光带

D．单色光通过双缝时形成明暗相间条纹

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